FI62896B - Direkt taendning av pulveriserat kol - Google Patents

Description

Ι-Γ^ίΤΊ Γ1 KUULUTUSjULKAISU /-n Q Q ^ ro UTLAGGN I NGSSKRIPT 62896

Ma C Patentti nycnr.c Uv 10 03 1903 • AjS (4S) Patent neddclat (51) K».ik.Va.3 P 23 D 1/02 SUOMI—FINLAND (21) T80525 (22) Hakwntapllv· —Ameknlngi^ 17.02.78 (23) AJkwp«ivt—GlMghMxUf 17.02.78 (11) Tulta* fuHdMkal — UM* aff«KH| 19.08.78 fatmtti· J» rekl*terlhelllt*l· (4Λ NMittvilulpanen |a kmiL|ullulMn pvm. — ,n . A_ rltunt och mfifteratyraltan ' ' Anrtk·» utltfd och wl.»Jcrtfu»i puMtavnd 30.11.o2 (32)(33)(31) Pyfduey utuoMwu» -BfH prtorttvt 18.02.77 29.12.77 USA(US) 769995, 8657^7 (71) Combustion Engineering, Inc., 1000 Prospect Hill Road, Windsor,

Connecticut 06095, USA(US) (72) Donald Arthur Smith, Haddam, Connecticut, Martin Edvard Smirlock,

East Granby, Connecticut, USA(US) (7M Leitzinger Oy (5M Jauhemaisen hiilen suora sytytys - Direkt tändning av pulveriserat koi

Yleisesti ottaen jauhemainen hiili sytytetään energian antamiseksi lämmityksen tai käytön aikaansaamiseksi hiilenpolttouunin alhaisen kuormituksen aikana sellaisella tekniikalla, joka ei vaadi huomattavien juoksevien tai kaasumaisten polttoainemäärien polttamista. Keksinnön mukaisesti jauhemaisen hiilen suorassa sytytyksessä syötetään tiheäfaasinen hiili/ilmavirta sytytysvyöhykkeeseen, jossa se vastaanottaa sytytysenergiaa, jonka jälkeen tällä tavoin syttynyt seos pidetään kierrätysalueella, kunnes sen liekki ylläpitää itsensä.

Esillä oleva keksintö koskee polttimia, jotka on konstruoitu polttamaan jauhemaista hiiltä, ja erityisesti keksinnön kohteena ovat polttimet, joita käytetään hiililämmitteisissä kattiloissa tai generaattoreissa. Tarkemmin määriteltynä keksinnön kohteena on menetelmä sytyttää jauhemainen hiili ilman, että saadaan mitään huomattavaa määrää energiaa nestemäisen tai kaasumaisen polttoaineen palamisesta. Ottaen huomioon kustannukset ja luonnonvarat on enenevässä määrin edullista käyttää hiiltä luonnonkaasun tai öljyn asemesta sähköenergian tuotantolaitoksissa. Nykyään käytetyt hiililämmiteiset "'.'il ' 2 62896 höyrygeneraattorit käyttävät korkealuokkaisia nestemäisiä ja kaasumaisia polttoaineita sekä sytytys- että liekinvakautusenergian antamiseksi alhaisen kuormituksen yhteydessä. Tällaisia ensiluokkaisia apupolttoaineita tarvitaan huomattavia määriä. Tästä syystä on olemassa tarve vähentää jauhemaisella hiilellä käytettyjen kattiloiden tarvittavien apupolttoaineiden määrää.

/ ' ' .'

Esillä oleva keksintö välttää aikaisemmin...tunnetun tekniikan haittapuolet mahdollistamalla polttimeen syötetyn jauhemaisen hiilen ja ilman virran suoran sytytyksen. Keksinnön mukaisesti tämä saadaan aikaan kun oheisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkien olosuhteet on täytetty.

Syttynyt seos pidetään kierrätysalueella, jolloin kuumat palamis-tuotteet kiertyvät takaisin kohti hiili-ilman sisäänruiskutuskoh-taa siten, että tällöin vapautunut lämpöenergia konsentroituu ja itsensä ylläpitävä liekki muodostuu. Kierron saa aikaan toisioil-mavirta. Syttymisen varmistamiseksi ja ilman ja hiilen välisen painosuhteen säätämiseksi palokammion etupuolella vaihdellaan hiili-ilmaseoksen nopeutta palavien aineiden sisällön ja hiilen jauhatusasteen mukaan. Hiili/ilmaseoksen ruiskutusnopeus on sopivasti 18 - 23 m/s. Tietyissä tapauksissa sen toisioilmavirran alkua viivytetään, joka aiheuttaa kuumien palamistuotteiden paluu-kierron hiili/ilman ruiskutuskohtaan, mikä erityisesti pitää paikkansa suurenergiavalokaarisytytyksessä. Lisäksi on edullista jos toisioilmaa lisätään vain noin 15 % stökiömetrisestä palamisil-masta.

Keksintöä selvitetään tarkemmin seuraavassa viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 esittää leikkauksen jauhemaisen hiilen valokaarisytytys-polttimesta, jota voidaan käyttää keksinnön toteuttamiseksi .

Kuvio 2 on leikkaus laitteesta jauhemaisen hiilen syöttämiseksi, jota laitetta voidaan käyttää yhdessä kuvion 1 mukaisen polttimen kanssa.

Kuvio 3 esittää kuvion 2 mukaista syöttölaitetta edestäpäin.

3 62896

Kuvioissa esitetty laite on esimerkkilaite jauhemaisen hiilen ja ilman virran suoraksi sytyttämiseksi keksinnön mukaisesti ilman, että joudutaan merkittävässä määrin käyttämään öljyä tai luonnon-kaasua. Keksinnön mukaisesti käytetään tiheäfaasista hiili/ilma-seosta, jossa köljetusilman ja hiilen välinen painosuhde mitattuna palamisvyöhykkeen etupuolella olevassa tulojohdossa on 1,0 tai pienempi. Sytytysenergialähde on sijoitettu siten, että se sijaitsee joko ilma/hiilivirrassa palamisvyöhykkeessä tai on siirrettävissä siihen. Se energia, jonka sytytysenergialähde luovuttaa ilma/hiili-seokseen, sytyttää hiilihiukkaset. Koska sytytysenergialähteessä on sähköinen suurenergiakaari, ja sytytyslaite työskentelee tällöin sykähdyksittäin, syntyy sarja liekkitaskuja.

Keksinnön mukaisesti voidaan edelleen lisäilmavirta palamisvyöhykkee-seen saada aikaan polttimen lisäilmarekisterillä. Polttimen lisä-ilmarekisteri on rakennettu tunnetulla tavalla siten, että muodostuu kiertävän ilman ja palamistuotteiden (kuumat kaasut) alue, jolloin palavan hiilen taskut kierrätetään takaisin kohti alkuperäistä hiilen sisäänruiskutuskohtaa, ja energia kierrätysalueella kasvaa, kunnes sen liekki muodostuu itsensä ylläpitäväksi.

Esillä olevan keksinnön mukaista tekniikkaa on menestyksellisesti sovellettu käytettäessä sähköistä suurenergiakaarta sytytysenergia-lähteenä. Sytytysenergialähde voi kuitenkin olla myös vastuslämpö-laite tai useita’tällaisia laitteita tai mahdollisesti hiilivetyläm-mitteinen pilottiliekki, jonka energian kulutus on mahdollisimman vähäinen. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa sytytyslaite poistetaan liekkialueelta sen jälkeen, kun liekin senhetkinen tila on todettu. Kun suurenergiakaari tuo sytytysenergian, viivytetään lisä-ilmavirtaa, kunnes liekin senhetkinen tila on vahvistettu.

Kuviossa 1 esitetyssä polttimessa käytetään hiilijohtoa 16 hiilen kuljettamiseksi paineilmalla polttimessa olevaan syttymisvyöhykkee-seen. Tällöin kuviossa 1 esitetyn laitteen hiilijohdon 16 vasen pää on yhteydessä kuvioissa 2 ja 3 esitettyyn hiilensyöttölaitteeseen, kun taas hiilijohdon 16 oikea pää päättyy onton kartion käsittävään diffuusoriin, joka on asennettu hiilijohtoon 16 tuen 21 avulla. Sytytyslaite on sijoitettu välittömästi hiilijohdon 16 luovutuspään takapuolelle. Esitetyssä suoritusmuodossa työntyy sytytyslaite 23 polttimen sivun läpi ja käsittää suurenergiakaarisytytyslaitteen, 4 62896 joka on sentyyppinen laite, jota nykyään käytetään öljyn sytyttämiseksi. Tässä vaiheessa on huomattava, että on mahdollista käyttää jokaista sytytyslähdettä, joka toimittaa riittävästi energiaa reagoivien aineiden kuumentamiseksi riittävässä määrin niiden syttymiseksi. Tästä syystä voidaan käyttää vastuslämpölaitetta tai pientä pilottiliekkiä, jota lämmitetään luonnonkaasulla, suurenergiakaari-sytytyslaitteen asemesta. Tätä pidetään kuitenkin parempana johtuen sen luotettavuudesta ja säädettävyydestä. Kuviossa 1 esitetty sytytys-laite 23 on tyypillisesti asennettu irroitettavasti siten, että se voidaan poistaa palamisvyöhykkeestä ja siirtää suojaavaan äluee-seen sen jälkeen, kun hiili on syttynyt.

Polttimeen kuuluu myös lisäilman syöttöjohto 20, joka on sama-akseli-nen hiilijohdon 16 kanssa. Johto 20 on yhteydessä ilmakammioon 14, joka mallitapauksessa on sylinterimäinen ja jonka halkaisija on jonkin verran suurempi kuin johdon 20. Ilmakammiossa 14 on joukko siipiä 12. Nämä siivet on järjestetty saattamaan johtoon 20 kammiosta 14 tuleva ilma pyörimään. Ilman tulokanava 10 johtaa ilmakammioon 14 esittämättä jätetystä paineilman varastosta. Ilmajohto 20 päättyy vaikeasti sulavalla materiaalilla vuorattuun rakenteeseen 24, joka muodostaa hajottavan suuttimen. Laitteessa keksinnön toteuttamiseksi oli hiilijohdon 16 sisähalkaisija 2,5 cm, johdon 20 sisähalkaisija oli 15 cm ja rakenteen 24 halkaisija 33 cm avoimessa päässä ja hajoamiskulma 35°.

Kuviot 2 ja 3 esittävät laitetta jauhemaisen hiilen syöttämiseksi hiili-ilmaseoksen saattamiseksi hiilijohtoon tai polttoainejohtoon 16. Syöttölaitteeseen kuuluu jauhemaisen hiilen säiliö 40, joka voi syöttää hiiltä millä tahansa tunnetulla tavalla. Säiliö 40 on sopivasti mitoitettu varastoimaan riittävä määrä jauhemaista hiiltä polttimen syöttämiseksi uunin lämmitysvaiheen aikana, jolloin poltinta käytetään. Säiliö 40 on yhteydessä gravimetrisesti toimivaan syöttölaitteeseen 43. Tähän kuuluu laite 42, jonka syöttönopeus on muuttuva, paineherkkä kuljetin 44 ja sopivat, esittämättä jätetyt säätöpiirit. Syöttölaitteen 42 pyörimisnopeuden määrää se hiilimäärä, joka päästetään putoamaan tärkeälle kuljettimelle 44 ja sen tuntema paino säätää pyörimisnopeuden. Gravimetrisesti toimiva syöttölaite 43 tuo hiiltä vakionopeudella pyörivään, ilmalukolla varustettuun syöttölaitteeseen 46.

Syöttölaitteen 46 muodostaa siivillä 47 varustettu sylinterimäinen li 62896 kammio, jotka sopivat kammioon lähes ilmatiiviisti. Kammion alaosassa on tuloaukko 48 ja poistoaukko 49. Siivet 47 on sovitettu siten, että vapaata ilmatietä ei ole juuri lainkaan aukkojen 48 tai 49 ja syöttölaitteen 43 välillä. Tästä syystä on aukkoon 48 tulevan ilmavirran mahdollista jatkaa ulos aukon 49 läpi poikkeamatta gravimetriseen syöttölaitteeseen 43. Siivet 47 pyörittävät syöttölaitteen 43 siiville 47 pudottaman jauhemaisen hiilen aukkojen 48 ja 49 väliseen ilmakanavaan. Paineilmaa syötetään syöttölaitteeseen 46 sopivan lähteen 50 avulla säädetyllä nopeudella, jolloin ennalta määrätyn ilman ja hiilen välisen painosuhteen omaavaa hiili-ilma-seosta syötetään polttimeen johdon 16 kautta. Keksinnön mukaisesti hiili-ilmaseoksen ilman ja hiilen välinen painosuhde johdossa 16 mitattuna on 1,0 tai pienempi, sopivasti 0,5 tai pienempi.

Eräässä suoritusmuodossa, jossa käytettiin C-luokan bitumipitoista hiiltä, joka jauhettiin 70 %:iin -200 mesh, nousi ilma-hiilipaino-suhteen yläraja arvoon 1,0. Optimaalinen ilma-hiilipainosuhde vaih-telee hiilityypin mukaan.

Ryhdyttäessä käyttämään kuvion 1 mukaista poltinta siirretään sytytys-laite 23 sisääntyönnettyyn asentoon ja toiminta aloitetaan. Kaari-syty tyslaitetta, joka muodostaa kipinöitä, joiden energia on noin 25 joulea ja joiden kunkin kestoaika noin 10 mikrosekuntia sekä toistotaajuus 10 Hz, on käytetty menestyksellisesti. Kompressori 50 käynnistyy heti, kun sytytyslaite alkaa työskennellä, jolloin myös gravimetrisesti toimiva syöttölaite 43 käynnistyy. Paineilma, joka virtaa pyörivän, ilmalukolla varustetun syöttölaitteen 46 läpi, tuo mukanaan mitattuja määriä jauhemaista hiiltä ja toimittaa sen edelleen johdon 16 läpi ja ontolla kartiolla varustetun diffuusorin läpi. Vaikka kuvion 1 mukainen poltin voi toimia ilman diffuusoria 22, katsotaan tämä edulliseksi vähäisemmän kiertävän kaasumäärän syöttämiseksi sytytysvaiheessa. Sen hiili-ilmaseoksen, joka tulee syötetyksi sytytyslaitteen 23 läheisyyteen, sytyttää se energia, jonka sytytyslaite syöttää, ja saatu liekki etenee hiilen läpi.

Tämän seurauksena tapahtuu syttyminen ja suhteellisen epävakaa liekki lepattaa polttimen poistoaukossa. Tässä kohdassa määrää huomioitsijalaite 26 tai automaattinen liekinilmaisulaite sytytyksen tapahtuneen ja aikaansaa lisäilmavirran (ympäröivää ilmaa tai lämmitettyä ilmaa) ilman tulokanavan 10 kautta. Siivet 12 saattavat ilma- 6 62896 virran pyörimään, josta seuraa spiraalimainen tai pyörivä ilmavirta, joka siirtyy pitkin johtoa 20 ja rakenteen 24 läpi. Jälkimmäisen muodostaa hajoittava suutin, joka vahvistaa sitä kiertovaikutusta, joka luonnollisesti tapahtuu ilman pyörimisvirtauksen seurauksena. Pyörivä ilmavirta sulkee palamisvyöhykkeen, ja tämän seurauksena vetää kuumat palamistuotteet takaisin uuden hiilen ruiskutusalueelle. Tämän kierron havaittava vaikutus on se, että liekki muuttuu vakaaksi ja liekin stabiliteetti on sellainen, että sytytyslaite 23 voidaan kääntää päältä pois ja vetää takaisin. Siten takaisinvedetty sytytys-laite 23 jää suojatulle alueelle, jolloin se ei vahingoitu voimakkaan palamislämmön johdosta.

Otaksutaan, että esillä olevan keksinnön esittämä jauhemaisen hiilen suora sytytys on menestyksellinen johtuen siitä, että se mahdollistaa sopivat edellytykset liekin edetä virtaavassa hiilivirrassa sen jälkeen, kun sytytyslaite on sytyttänyt osan hiilihiukkasista.

Ilman ja hiilen välisen painosuhteen ollessa yli noin 1,0 on liekin vaikeata edetä kuumentamattoman ilman yhteydessä, ja jauhemaisen hiilen suora sytytys kaarisytytyslaitteen avulla ei tästä syystä toimi tehokkaasti. Käynnistettäessä uuni ei käytettävissä ole lainkaan ennakolta lämmitettyä ilmaa, jota voidaan aikaansaada ainoastaan käyttämällä huomattava määrä energiaa ja/tai juoksevaa tai kaasumaista polttoainetta. Sopiviin liekin etenemisolosuhteisiin yhdistetään kiertovyöhyke, joka auttaa aikaansaadun hiilillekin stabiliteettia. Kierto saa aikaan sen, että kuumat tuotteet tulevat takaisin palamisvyöhykkeeseen, joka puolestaan saa aikaan sen, että liekki aiheuttaa omaa sytytysenergiaansa. Mitkä syyt sitten vielä menestykseen vaikuttavatkaan, keksintö tarjoaa kuitenkin tyydyttävän virtaavan jauhemaisen hiilen suorasytytyksen.

Kuvion 1 mukaista poltinta voidaan käyttää huoltokattiloiden lämmitys-polttimena. Tällaisia käytettäessä kattilan pitää saada korotettu lämpötila, jotta sen tavanomainen hiilipoltin toimisi oikealla tavalla. Esillä olevan keksinnön mukaisesti polttimia voidaan käyttää antamaan uunille riittävän korkea lämpötila vakaan palamisen aikaansaamiseksi tavanomaisissa polttimissa. Keksintöä voidaan myös soveltaa sekä sytytyksen että vakautuksen aikaansaamiseksi pienellä kuormituksella.

Kuvattua suoritusmuotoa voidaan monin tavoin modifioida ja muuttaa keksinnön puitteissa.

Claims (1)

1. 7 62896 Patenttivaatimus Menetelmä jauhemaisen hiilen sytyttämiseksi ja palamisen ylläpitämiseksi palamisympäristössä, jossa ei ole läsnä muita polttoaineita ja joka ei sisällä riittävästi sisäistä sytytysenergiaa sytytyksen varmistamiseksi, jolloin palamisalueelle syötetään polt-toainevirtaus (16), joka oleellisesti muodostuu jauhemaisen hiilen ja kuljetusilman seoksesta, energiaa toimitetaan (23) seokseen palamisalueella seoksessa olevan hiilen sytyttämiseksi, varmistetaan palamisalueella olevan hiilen syttymisestä aiheutuvan liekin olemassaolo, ja liekki stabiloidaan, tunnettu siitä, että a) mainitussa seoksessa painosuhde kuljetusilman ja hiilen välillä on pienempi kuin 0,5, ennen palamisalueelle viemistä, b) polttoainevirta syötetään palamisalueelle divergoivan virtauksen muodossa siten, että aikaansaadaan kierrätysvirtaus, jolloin ilmaa ja suhteellisen hienoja hiilihiukkasia pääasiassa ylöspäin suunnatussa virtauksessa polttoainevirtauksen akseliin nähden joutuu divergoivan polttoainevirtauksen sisäosiin siten, että siellä ylläpidetään syttyvä seos, c) polttoainevirtauksen nopeus syötettäessä palamisalueelle säädetään arvoon 18 - 23 m/s hiilihiukkaskoon ja haihtuvien ainesosien sisällön funktiona, d) sytytysenergian luovutus seokseen palamisalueella seoksessa olevan hiilen sytyttämiseksi suoritetaan siten, että jaksottainen sähköinen purkaus aikaansaadaan divergoivan polttoainevirtauksen sisällä, ja e) liekki stabiloidaan ylläpitämällä kuumentamattoman toisioilman pyörrevirtaus palamisalueelle ja pääasiassa koaksiaalisesti polttoainevirtauksen kanssa kun liekin olemassaolo on todettu.